DE10006634C1 - Verfahren zum Betreiben einer Lichtschranke - Google Patents
Verfahren zum Betreiben einer LichtschrankeInfo
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Abstract
Ein Verfahren zum Betreiben einer Lichtschranke umfaßt folgende Schritte: DOLLAR A Erfassen der maximalen Beleuchtungsstärke des ein photosensitives Element 4 der Lichtschranke bestrahlenden Lichtstromes einer auf das photosensitive Element 4 gerichteten Lichtquelle 3 in Offenstellung einer Blende, DOLLAR A Erfassen der minimalen Beleuchtungsstärke des das photosensitive Element 4 der Lichtschranke bestrahlenden Lichtstromes der auf das photosensitive Element 4 gerichteten Lichtquelle 3 in Geschlossenstellung der Blende, DOLLAR A Definieren wenigstens eines zwischen der maximalen und der minimalen Beleuchtungsstärke liegenden Schaltschwellwertes, DOLLAR A Generieren eines Steuersignals bei Überschreitung des Schaltschwellwertes bei einer Bewegung der Blende und DOLLAR A wiederholtes Erfassen der maximalen und der minimalen Beleuchtungsstärke des ein photosensitives Element 4 der Lichtschranke bestrahlenden Lichtstromes in Offen- und Geschlossenstellung der Blende und entsprechendes Neudefinieren des wenigstens einen Schaltschwellwertes gemäß einem vorgegebenen Zeittakt. DOLLAR A Eine Lichtschrankenanordnung mit zumindest einem Kanal, bestehend aus einer Lichtquelle 3, einem von dieser bestrahlten photosensitiven Element 4, wobei im Strahlengang zwischen der Lichtquelle 3 und dem photosensitiven Element 4 eine Blendeneinrichtung beweglich geführt ist, und einer Auswerteeinheit 5 zum Generieren eines Schaltsignals, wenn die das photosensitive Element 4 belichtete Beleuchtungsstärke einen vordefinierten ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Lichtschranke.
Lichtschranken, ausgebildet als Gabel- oder Reflexlichtschranken werden,
beispielsweise bei Weg- und Winkelmeßeinrichtungen zur automatischen
Positionierung und Messung in Werkzeugmaschinen und Koordinaten
meßgeräten eingesetzt. Als Winkelmeßeinrichtungen ausgebildet dienen
Gabellichtschranken beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich zum Be
stimmen der absoluten Winkelstellung des Lenkrades und werden daher
auch als Lenkwinkelsensoren bezeichnet. Der Lenkwinkel wird bei Kraft
fahrzeugen benötigt, um mit diesem Wert etwa ein Fahrdynamikregelsy
stem beaufschlagen zu können. Ein solches Fahrdynamikregelsystem
erhält neben dem genannten Lenkwinkelwerten weitere Meßdaten, etwa
die Raddrehzahl oder die Drehung des Kraftfahrzeuges um seine Hoch
achse. Benötigt werden zum einen der absolute Lenkwinkeleinschlag und
zum anderen die Lenkgeschwindigkeit, damit diese Werte zusammen mit
den anderen erfaßten Daten durch das Fahrdynamikregelsystem ausge
wertet und zum Steuern von Aktoren, beispielsweise der Bremsen
und/oder des Motormanagements umgesetzt werden können.
Eine solche als Lenkwinkelsensor eingesetzte Gabellichtschrankenanord
nung ist beispielsweise aus der DE 43 00 663 C1 bekannt. Bei dieser Ga
bellichtschranke sind mehrere als einzelne Lichtschranken ausgebildete
optische Kanäle vorgesehen, die jeweils aus einem Sender und einem
Empfänger bestehen. Als Sender dient eine Leuchtdiode durch deren
emittierte Lichtstrahlen die photosensitive Oberfläche eines optoelektroni
schen Wandlerelementes belichtet wird. Zwischen dem Sender und dem
Empfänger ist eine Blendeneinrichtung mit mehreren Blendenabschnitten
beweglich angeordnet. Die Blendenanordnung ist an die Drehbewegung
des Lenkrades gekoppelt. Dem photosensitven Wandlerelement nachge
schaltet ist ein Schmitt-Trigger mit einem vordefinierten Schaltschwellwert,
bei dessen Überschreitung ausgangsseitig am Schmitt-Trigger ein Steuer
signal anliegt. Dieses Steuersignal beaufschlagt einen Controller, bei
spielsweise einen Mikrocontroller. Durch Einsatz des Schmitt-Triggers mit
seinem vordefinierten Schaltschwellwert erfolgt eine digitalisierte Abta
stung der Blendeneinrichtung, so daß der Mikrocontroller durch ein Steu
ersignal beaufschlagt ist, wenn das Wandlerelement von einem solchen
Lichtstrom beaufschlagt ist, daß der vordefinierte Schaltschwellwert über
schritten ist. Wird das Wandlerelement mit einer geringeren Beleuch
tungsstärke belichtet, liegt am Mikrocontroller dementsprechend kein
Steuersignal an.
Beim Gegenstand des genannten Dokumentes sind die Elemente der
Lichtschrankeneinheiten auf einer kreisförmigen Leiterplatte angeordnet.
In einer Weiterbildung eines solchen Lenkwinkelsensors ist die Codierung
der Blendeneinrichtung in sich über 360° wiederholende Segmente un
terteilt, so daß die Lichtschrankenanordnung sich lediglich über den Be
reich eines Kreissegmentes erstrecken muß.
Bei derartigen als Lenkwinkelsensoren eingesetzten Gabellichtschran
kenanordnungen sind die optoelektronischen Wandlerelemente jedoch
nicht zwingend ausschließlich durch die von den Leuchtdioden emittierten
Lichtstrahlen belichtet. Durch Reflexe können diese mitunter auch von
umgebungsbedingten Einflüssen zusätzlich belichtet sein, was zu Fehlern
bei der Auswertung der erfaßten Winkelstellung führen kann. Ferner kann
es vorkommen, daß der von den Leuchtdioden emittierte Lichtstrom, bei
spielsweise in Form einer Verschmutzung nachläßt, so daß möglicherwei
se die Beleuchtungsstärke nicht mehr ausreicht, um den Schaltschwell
wert zur Bereitstellung eines Steuersignales zu überschreiten.
Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung
daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Licht
schranke, insbesondere für einen Einsatz als Lenkwinkelsensor bereitzu
stellen, mit dem ein Betrieb einer solchen Lichtschranke im wesentlichen
unabhängig von äußeren Einflüssen durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit fol
genden Schritten:
Erfassen der maximalen Beleuchtungsstärke des ein photosensiti ves Element der Lichtschranke bestrahlenden Lichtstromes einer auf das photosensitive Element gerichteten Lichtquelle in Offenstellung einer Blende,
Erfassen der minimalen Beleuchtungsstärke des das photosensiti ve Element der Lichtschranke bestrahlenden Lichtstromes der auf das photosensitive Element gerichteten Lichtquelle in Geschlossenstellung der Blende,
Definieren wenigstens eines zwischen der maximalen und der mi nimalen Beleuchtungsstärke liegenden Schaltschwellwertes,
Generieren eines Steuersignals bei Überschreitung des Schalt schwellwertes bei einer Bewegung der Blende und
wiederholtes Erfassen der maximalen und der minimalen Beleuch tungsstärke des ein photosensitives Element der Lichtschranke bestrah lenden Lichtstromes in Offen- und Geschlossenstellung der Blende und entsprechendes Neudefinieren des wenigsten einen Schaltschwellwertes gemäß einem vorgegebenen Zeittakt.
Erfassen der maximalen Beleuchtungsstärke des ein photosensiti ves Element der Lichtschranke bestrahlenden Lichtstromes einer auf das photosensitive Element gerichteten Lichtquelle in Offenstellung einer Blende,
Erfassen der minimalen Beleuchtungsstärke des das photosensiti ve Element der Lichtschranke bestrahlenden Lichtstromes der auf das photosensitive Element gerichteten Lichtquelle in Geschlossenstellung der Blende,
Definieren wenigstens eines zwischen der maximalen und der mi nimalen Beleuchtungsstärke liegenden Schaltschwellwertes,
Generieren eines Steuersignals bei Überschreitung des Schalt schwellwertes bei einer Bewegung der Blende und
wiederholtes Erfassen der maximalen und der minimalen Beleuch tungsstärke des ein photosensitives Element der Lichtschranke bestrah lenden Lichtstromes in Offen- und Geschlossenstellung der Blende und entsprechendes Neudefinieren des wenigsten einen Schaltschwellwertes gemäß einem vorgegebenen Zeittakt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine Definition eines
Schaltschwellwertes in Abhängigkeit von den tatsächlichen Beleuchtungs
verhältnissen, da in die Definition eines Schaltschwellwertes sowohl die
maximale als auch die minimale Beleuchtungsstärke, mit der ein photo
sensitives Wandlerelement belichtet ist, eingehen. Eine solche Definition
eines Schaltschwellwertes kann zweckmäßigerweise auf prozentualer Ba
sis erfolgen, so daß unabhängig von den absoluten Beleuchtungsstärken
der eigentliche Schaltschwellwert konstant bleibt. Ändernde Umgebungs
einflüsse, die zu einer Erhöhung der maximalen oder minimalen oder auch
zu einer Erniedrigung der maximalen oder minimalen Beleuchtungsstärke
führen, werden auf diese Weise eliminiert, so daß in jedem Fall die durch
eine Bewegung der Blendeneinrichtung erzeugte, auf der photosensitiven
Oberfläche des Wandlerelementes auftreffende Lichtstrommenge verant
wortlich für die Generierung eines Steuersignales ist. Wiederholtes Erfas
sen der maximalen und minimalen, auf ein Wandlerelement auftreffenden
Beleuchtungsstärke und entsprechendes Neudefinieren des oder der
Schaltschwellwerte in einem vorgegebenen Zeittakt gewährleistet, daß der
vorgegebene Schwellwert tatsächlich an die sich ändernden Umgebungs
bedingungen angepaßt ist. Einer solchen Lichtschranke, etwa einer Ga
bellichtschranke ist ein Controller, beispielsweise einem Mikrocontroller
zugeordnet, dessen Eingang durch das Ausgangssignal des photosensiti
ven Wandlerelementes beaufschlagt ist und zwar ohne Zwischenschal
tung eines Schmitt-Triggers. Der Controller ist somit von dem analogen
Ausgangssignal des Wandlerelementes beaufschlagt. Dem Controller ist
ferner ein Speicher zugeordnet, in dem in Abhängigkeit der jeweils erfaß
ten maximalen und minimalen Beleuchtungsstärke ein vordefinierter
Schaltschwellwert hinterlegt ist.
Mit einem solchen Verfahren kann auch das Auflösungsvermögen vorbe
kannter Systeme erhöht werden, ohne daß zu diesem Zweck höhere An
forderungen an die eingesetzte Hardware zu stellen wären. Ausgenutzt
wird bei dem Verfahren die Breite des von einer Lichtquelle, beispielswei
se einer Leuchtdiode bereitgestellten Lichtstrahles bzw. die Breite der
photosensitven Oberfläche eines Wandlerelementes. Durch diese Breite
vollzieht sich ein "allmählicher" Übergang von der einen in die andere
Blendenstellung. Definiert werden können in Abhängigkeit von der maxi
malen und der minimalen Beleuchtungsstärke, mit der ein Wandlerele
ment belichtet ist, mehrere Schaltschwellwerte, so daß ein Steuersignal
an unterschiedlichen Punkten des Hell-Dunkel-Übergangs generiert wer
den können. Eine Unterteilung des Hell-Dunkel-Übergangs kann etwa in
zwei oder mehr Schaltschwellwerte unterteilt sein, so daß beispielsweise
ein Steuersignal generiert werden kann, wenn das Wandlerelement mit 20
%, 50% oder 80% der maximalen Beleuchtungsstärke belichtet ist. Die
Anforderungen an die Anordnung von Sender und Empfänger zueinander
brauchen bei einer solchen Lichtschrankenanordnung nicht besonders
hoch zu sein, da gerade die Unschärfe im Übergang von der minimalen
zur maximalen Beleuchtungsstärke den Raum für die Definition mehrerer
Schaltschwellwerte bereitstellt. Entsprechend kann eine solche Licht
schrankenanordnung bewußt solche Merkmale aufweisen, die einen un
scharfen Übergang von der minimalen in die maximale Beleuchtungsstär
ke ermöglichen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind Bestandteil übri
ger Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung eines Aus
führungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es
zeigen:
Fig. 1: Eine dreidimensionale Ansicht eines als Lichtschrankenan
ordnung ausgebildeten Lenkwinkelsensors,
Fig. 2: Ein Blockschaltbild einer Lichtschrankeneinheit der Fig. 1
und
Fig. 3: Ein Diagramm darstellend die Schaltschwellwerte von zwei
Kanälen der Lichtschrankenanordnung der Fig. 1.
Eine Gabellichtschrankenanordnung 1 für einen Lenkwinkelsensor umfaßt
mehrere einzelne Lichtschrankeneinheiten L, die jeweils aus einem Sen
der und einem Empfänger bestehen. Als Sender dienen Leuchtdioden, die
unter Belassung eines Bewegungsspaltes 2 von den als optoelektronische
Wandlerelemente ausgebildeten Empfängern beabstandet sind. In dem
Bewegungsspalt 2 greift ein Blendenring mit einer Segmentcodierung ein.
Der Blendenring ist der Übersicht halber in Fig. 1 nicht dargestellt.
Eine solche Lichtschrankeneinheit L ist in Fig. 2 durch ein Blockschaltbild
wiedergegeben und zeigt als Lichtquelle eine Leuchtdiode 3 und als
Empfänger ein optoelektronisches Wandlerelement 4. Der Ausgang des
optoelektronischen Wandlerelementes 4 ist an den Eingang eines Mikro
prozessors 5 unmittelbar angeschlossen. Teil des Mikrocontrollers 5 oder
diesem zugeordnet ist ein Speicherglied 6, in dem vordefinierte Schalt
schwellwerte hinterlegt sind, mit denen die eingangsseitig am Mikrocon
troller 5 anliegenden Signale des Wandlerelementes 4 verglichen werden.
Zum Betreiben dieser Lichtschrankeneinheit wird zunächst die maximale
Beleuchtungsstärke erfaßt, durch die bei geöffneter Blende die photosen
sitive Oberfläche des Elementes 4 belichtet ist. Anschließend erfolgt eine
Erfassung der minimalen Beleuchtungsstärke. Selbstverständlich können
die Schritte auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden. Unter
Zugrundelegung von vordefinierten Schaltschwellwerten, beispielsweise
20%, 50% und 80% werden aus den ermittelten Beleuchtungsstärken
Schaltschwellwerte definiert, die anschließend in dem Speicherglied 6 ab
gelegt werden. Bei einer Bewegung der Blendeneinrichtung in dem Be
wegungsspalt 2 wird von dem Mikrocontroller 5 jedes Mal ein Steuersignal
generiert, wenn ein Schaltschwellwert überschritten ist. Dieses Über
schreiten kann sowohl von einer tieferen zu einer höheren Beleuchtungs
stärke als auch umgekehrt vorgesehen sein. Auf diese Weise ist die Be
wegung der Blendeneinrichtung von einem Blendensegment zu einem
nächsten in drei Zwischenschritte unterteilt, so daß das Auflösungsvermö
gen gegenüber vorbekannten Einrichtungen entsprechend erhöht ist.
Überdies erfolgt durch ein wiederholtes Erfassen der maximalen und der
minimalen Beleuchtungsstärke und entsprechend häufiges Neudefinieren
der Schaltschwellwerte eine kontinuierliche Anpassung an sich ändernde
Umgebungseinflüsse.
Die einzelnen Kanäle der Lichtschrankenanordnung 1 sind dergestalt auf
einander abgestimmt, daß die photosensitiven Elemente der unterschied
lichen Empfänger codierungsabhängig zeitungleich mit der maximalen
Beleuchtungsstärke belichtet werden, wie dies in dem Diagramm der Fig.
3 dargestellt ist. Das Auflösungsvermögen der Lichtschrankenanordnung
1 der Fig. 1 beträgt durch die Definition von jeweils drei Schaltschwell
werten in jedem Kanal ca. 0,5°.
Aus der Beschreibung der Erfindung wird deutlich, daß mit dem bean
spruchten Verfahren eine Lichtschranke nicht nur sich ändernde Umge
bungseinflüsse anpassend und somit selbst lernend betreibbar ist, son
dern mit dem zudem das Auflösungsvermögen bei einer Definition mehre
rer Schaltschwellwerte möglich ist.
1
Gabellichtschrankenanordnung
2
Bewegungsspalt
3
Leuchtdiode
4
Wandlerelement
5
Mikrocontroller
6
Speicherglied
L Lichtschrankeneinheit
L Lichtschrankeneinheit
Claims (4)
1. Verfahren zum Betreiben einer Lichtschranke, umfassend folgende
Schritte:
Erfassen der maximalen Beleuchtungsstärke des ein photo sensitives Element (4) der Lichtschranke bestrahlenden Lichtstro mes einer auf das photosensitive Element (4) gerichteten Licht quelle (3) in Offenstellung einer Blende,
Erfassen der minimalen Beleuchtungsstärke des das photo sensitive Element (4) der Lichtschranke bestrahlenden Lichtstro mes der auf das photosensitive Element (4) gerichteten Lichtquelle (3) in Geschlossenstellung der Blende,
Definieren wenigstens eines zwischen der maximalen und der minimalen Beleuchtungsstärke liegenden Schaltschwellwertes,
Generieren eines Steuersignals bei Überschreitung des Schaltschwellwertes bei einer Bewegung der Blende und
wiederholtes Erfassen der maximalen und der minimalen Beleuchtungsstärke des ein photosensitives Element (4) der Licht schranke bestrahlenden Lichtstromes in Offen- und Geschlossen stellung der Blende und entsprechendes Neudefinieren des wenig sten einen Schaltschwellwertes gemäß einem vorgegebenen Zeit takt.
Erfassen der maximalen Beleuchtungsstärke des ein photo sensitives Element (4) der Lichtschranke bestrahlenden Lichtstro mes einer auf das photosensitive Element (4) gerichteten Licht quelle (3) in Offenstellung einer Blende,
Erfassen der minimalen Beleuchtungsstärke des das photo sensitive Element (4) der Lichtschranke bestrahlenden Lichtstro mes der auf das photosensitive Element (4) gerichteten Lichtquelle (3) in Geschlossenstellung der Blende,
Definieren wenigstens eines zwischen der maximalen und der minimalen Beleuchtungsstärke liegenden Schaltschwellwertes,
Generieren eines Steuersignals bei Überschreitung des Schaltschwellwertes bei einer Bewegung der Blende und
wiederholtes Erfassen der maximalen und der minimalen Beleuchtungsstärke des ein photosensitives Element (4) der Licht schranke bestrahlenden Lichtstromes in Offen- und Geschlossen stellung der Blende und entsprechendes Neudefinieren des wenig sten einen Schaltschwellwertes gemäß einem vorgegebenen Zeit takt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß par
allel zueinander mehrere Lichtschranken als Lichtschrankenein
heiten (L) zur Darstellung unterschiedlicher Kanäle einer Licht
schrankenanordnung (1) betrieben werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
photosensitiven Elemente (4) der unterschiedlichen Kanäle zeitun
gleich mit der maximalen Beleuchtungsstärke belichtet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen der maximalen und der minimalen Be
leuchtungsstärke zwei oder mehr Schaltschwellwerte definiert wer
den, wobei bei Überschreiten jedes Schaltschwellwertes ein Steu
ersignal generiert wird.
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DE2000106634 DE10006634C1 (de) | 2000-02-14 | 2000-02-14 | Verfahren zum Betreiben einer Lichtschranke |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE10006634C1 true DE10006634C1 (de) | 2001-04-05 |
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